Conception de référence de systèmes d'E/S analogiques

L'application d'ADI se concentre sur la démonstration du développement d'un système PLC/DCS contrôlé par un maître Modbus, et illustre la manière dont les dernières fonctionnalités des composants clés sont utilisées. Un système à nœud unique est souvent appelé PLC (contrôleur logique programmable), tandis qu'un système plus important est désigné sous le terme DCS (système de contrôle distribué). Chaque nœud peut contrôler jusqu'à 16 dispositifs de terrain, capteurs ou actionneurs analogiques, soit compatibles avec la norme HART (transducteurs distants adressables par « route »), soit analogiques uniquement, et les systèmes peuvent être étendus de manière à inclure jusqu'à 16 nœuds individuels. Le système peut également être utilisé pour des applications d'acquisition de données analogiques de précision à usage général, telles que l'instrumentation, l'enregistrement de données analogiques ou le test et la mesure.

Carte d'entrée analogique
Le dispositif CN-0414 est conçu pour mesurer quatre signaux de tension entièrement différentiels ou huit signaux asymétriques et quatre signaux de courant. Le cœur du circuit est un convertisseur analogique-numérique (CAN) Σ-Δ AD4111 24 bits à basse consommation et faible bruit, avec des circuits d'entrée analogiques de ±10 V et 20 mA intégrés. Les entrées de tension prennent en charge une plage d'entrée allant jusqu'à ±10 V. Le dispositif AD4111 intègre une fonctionnalité unique qui permet la détection de circuit ouvert sur les entrées de tension de ±10 V, tout en fonctionnant sur une alimentation simple de 3,3 V ou 5 V ; les solutions précédentes nécessitaient généralement une alimentation supérieure à ±10 V.

Les entrées de courant prennent en charge des plages d'entrée comprises entre 0 mA et 24 mA. L'impédance d'entrée du circuit est de 250 Ω (60 Ω pour l'AD4111), toutes les entrées étant référencées à la masse isolée. L'impédance d'entrée de 250 Ω sur les entrées de courant est nécessaire pour que le modem AD5700-1 conforme à la norme HART fonctionne en conjonction avec l'AD4111.

Le circuit d'entrée analogique, l'AD4111, ainsi que l'AD5700-1 sont isolés du côté traitement par l'intermédiaire de l'ADuM5411 et de l'ADuM3151 afin d'offrir un gain de place important par rapport aux solutions basées sur des transformateurs discrets. La carte CN-0414 dispose d'une alimentation de 9,5 V_CC à 36 V_CC typique des systèmes d'automatisation industrielle, ce qui permet aux clients de l'intégrer facilement dans leurs systèmes.

Carte de sortie analogique
Le dispositif CN-0418 est une carte à sortie de tension et de courant à quatre canaux, basée sur le convertisseur numérique-analogique (CNA) AD5755-1 avec contrôle dynamique de la puissance. Ce circuit fournit des sorties de courant de 4 mA à 20 mA, ainsi que des sorties de tension unipolaires ou bipolaires (±10 V). La carte comprend également le modem HART AD5700-1, afin d'offrir une solution complète à sortie analogique avec connectivité HART. Des circuits de protection contre les transitoires externes sont également inclus, ce qui est important pour les applications situées dans des environnements industriels difficiles.

Les sorties de courant et de tension sont disponibles sur des broches distinctes, mais une seule est active à la fois, ce qui permet aux deux broches de sortie d'être reliées ensemble et connectées à une même borne. Les sorties analogiques sont protégées en cas de courts-circuits et de circuits ouverts. Le dispositif AD5755-1 intègre un contrôle dynamique de la puissance utilisant un circuit convertisseur élévateur CC/CC et permettant une consommation d'énergie réduite en mode de sortie de courant. Il possède quatre broches CHART, correspondant à chacun des quatre canaux de sortie. Le signal HART peut être couplé à ces broches et apparaît alors sur la sortie correspondante si cette dernière est activée.

Carte d'émetteur-récepteur RS-485
Le dispositif CN-0416 est une carte d'émetteur-récepteur RS-485 isolée et non isolée, qui permet une mise en œuvre facile de la transmission de données entre plusieurs systèmes ou nœuds, en particulier sur de longues distances. Le circuit utilise l'émetteur-récepteur RS-485 ADM2682E pour les communications isolées, et le LTC2865 pour les communications RS-485 non isolées. Les deux peuvent être configurés pour un fonctionnement en duplex intégral ou semi-duplex, et avec des lignes de transmission ouvertes ou terminées. Le circuit dispose de prises RJ-45 intégrées, qui permettent l'utilisation de câbles Ethernet CAT5 courants pour un câblage physique rapide des nœuds. La résistance de terminaison est réglée par défaut sur l'impédance caractéristique du câble CAT5 de 100 Ω, mais elle peut être configurée de manière à prendre en charge l'impédance standard du câble RS-485 de 120 Ω.

Le dispositif ADM2682E est capable d'un débit de données allant jusqu'à 16 Mbps et possède de véritables entrées de récepteur à sécurité intégrée avec un seuil de tension différentielle ajusté. Il fournit un isolement du signal de 5 kV grâce au canal de données iCoupler, et un isolement de l'alimentation de 5 kV en utilisant le convertisseur CC/CC intégré isoPower. Le dispositif LTC2865 est capable d'un débit de données allant jusqu'à 20 Mbps et possède des entrées de récepteur à sécurité intégrée. Un comparateur de fenêtre interne détermine la condition de sécurité sans qu'il soit nécessaire d'ajuster les seuils de tension d'entrée différentielle.